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[材料资讯] 2019提名国家自然科学奖项目-表面活性剂溶液聚集体和界面组装体构筑、结构

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发表于 2019-2-8 09:19:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
2019年度国家自然科学奖提名公示材料
项目名称        表面活性剂溶液聚集体和界面组装体构筑、结构与可控功能研究
提名单位        教育部


提名意见
(不超过600字)        该项目围绕表面活性剂科学展开工作,取得了一批在国际上具有重大影响的原创性基础成果:1)发现了溶液中阴/阳离子表面活性剂零膜电荷密堆积囊泡,基于曲率能计算阐明了形成机理;揭示了剪切力诱导囊泡形成的规律;建立了囊泡水溶液批量纯化富勒烯及双层膜限制自扩散的模板新方法。2)提出了离子液体表面活性剂概念及静电作用力驱动离子液体微乳液形成的新观点,实现了离子液体微乳液的可控构筑;建立了表面活性剂定向吸附调控晶面生长的新方法。3)建立了水表面构建规则多孔薄膜结构的新方法,提出了毛细作用力驱动其形成的机理;发现了金属-有机自组装纳米管对水簇可逆快速吸附,以分散粒子自扩散理论解释了其吸附机理;揭示了表面活性剂调控电极界面的离子吸附电化学还原制备稳定贵金属溶胶粒子的规律。项目解决了表面活性剂科学的一些基本物理化学问题,国际同行指出了工作的原创性和意义(Clever demonstration of vesicle formation..., this is the best paper..., Hao highlighted that...)等。8篇代表性论文他引总数1568次,其中单篇论文他引总数502次。
对照国家自然科学奖授奖条件,我部决定提名该项目为2019年度自然科学奖二等奖。
项目简介          项目属于精细化学工程中表面活性剂科学研究领域。表面活性剂是一类对界面产生影响的两亲分子,其溶液聚集体和界面组装体的研究对这类基础材料的分子设计、高性能和绿色高效生产有重要理论意义。五位获奖人在溶液囊泡、微乳液、管状和界面规则多孔薄膜的结构与结构调控、机理与性能等方面开展了系统地研究,取得了一批创新性成果,解决了表面活性剂科学研究的一些关键科学问题,形成了国际特色,实现了鼠李糖脂类表面活性剂的生产示范。主要科学发现包括:
(1) 发现了溶液中阴/阳离子表面活性剂零膜电荷的密堆积囊泡,基于曲率能计算阐明了其形成机理;揭示了剪切力诱导囊泡形成的规律,提出了“囊泡非自发形成”的观点;建立了水相囊泡批量纯化富勒烯及其模板应用的新方法。国际同行以“Clever demonstration of vesicle formation” 和 “This is the best paper” 等正面评价了研究的原创性和重大意义 (代表论文1和2的评价)。受Chem. Rev.邀请撰写综述,并在Acc. Chem. Res.上全面介绍了该研究结果。
(2) 提出了离子液体表面活性剂概念,首次确定了离子液体微乳液的不同结构,阐释了静电作用力驱动离子液体微乳液形成的新观点,为实现了离子液体微乳液结构的可控构筑奠定基础;建立了层状溶致液晶诱导表面活性剂定向吸附及其模板效应。国际同行给予高度评价“Hao highlighted that microemulsions of room temperature ILs…” (代表论文3-5的评价)。
(3) 揭示了表面活性剂包裹聚无机阴离子复合物在水表面构建规则多孔薄膜的规律,提出了毛细作用力驱动的形成机理;发现了金属-有机物自组装管中(H2O)12簇的可逆快速稳定吸附,以分散粒子自扩散理论解释了吸附机理;建立了电极界面表面活性剂离子吸附可控的新方法,描绘了电化学还原生长稳定贵金属溶胶粒子的规律。J. Phys. Chem. B 代表性论文单篇他引502次。
  这些原创性科学发现为表面活性剂基础材料的提升与产业化提供了新策略,为溶液聚集和界面组装研究提供了新方法,为功能材料的可控构筑提供了新思路,奠定了坚实的科学基础。相关研究已发表在Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Langmuir、J. Phys. Chem.等期刊上,8 篇代表性论文被国际知名科学家如诺贝尔奖得主 Dan Shechtman 团队他引 1567 次。主要完成人作为主席组织国际表面活性剂科学大会 3 次,受邀胶体与界面科学会议作大会报告 14 次、关键及邀请报告 18 次;增选为欧洲科学院 Member、国际胶体与界面科学联合会 Member,担任Langmuir的Senior Editor、Adv. Colloid Interface Sci.、JCIS 和 Colloids Surf. A等国际和《物理化学学报》等国内期刊编委;近年来获 CCS-AkzoNobel 化学奖、高等学校科学研究优秀成果 (自然科学) 一等奖、CCS-BASF 青年化学知识创新奖、亚洲胶体与界面科学联合会特别贡献奖和日本材料科学技术协会奖等奖励 (参见附件)。


客观评价        重要科学发现点1的第三方客观评价:代表性论文1和2。
阴/阳离子表面活性剂水溶液的研究结果,国内外同行给予了高度学术评价:1) “密堆积多层囊泡的结果及其形成机理解释,将加深对溶液聚集体性质、结构及结构转变的理解,具有极为重要的学术价值”; 2) “改变了表面活性剂囊泡自发形成的传统观点”; 3) “This is the best paper I referred since a long time...... (这是我长期作为评审人所评审的最好文章…….)。
重要客观评价:美国科学院院士A. Zasadzinski、物理学诺贝尔奖得主Dan Shechtman团队在其综述和研究论文【Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2005, 10, 261 和 Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 038303】论文中长篇幅评述该研究结果,认为该研究论文是最具可读性的研究且评价为 “Clever demonstration of vesicle formation……” (一个很聪明的技术技术是通过原位化学反应形成囊泡,完全避免了外界剪切力或温度变化引入的能量。郝等人设计了有Zn2+作为反离子的阴离子表面活性剂配位多室囊泡,通入H2S原位点制备纳米粒子,是制备阴/阳离子囊泡的一个有趣实例,聪明证明了囊泡相形成,是由剪切力诱导形成的。”
  中国科学院化学所韩布兴院士在综述论文【Acc. Chem. Res. 2013, 46, 425】中引用了该项目的Acc. Chem. Soc.综述论文,给予了高度评价。
法国有机化学家A. González-Pérez和西班牙无机化学家M. P. Krafft合作论文【J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 756】引用该项目的 3 篇论文,评述如下:“几个典型无盐阴/阳离子表面活性剂单层和多层球形囊泡聚集体的确认,以及长链烷基二氢全氟代脂肪酸金属配位囊泡,限制自扩散制备金属纳米材料,对表面活性剂科学具有极为重要的学术价值。”
  瑞典皇家科学院院士、国际胶体与界面科学联合会前主席Björn Lindman教授与葡萄牙科学家M. G. Miguel教授合作的综述文章【Adv. Colloid Interface Sci. 2009, 147-148, 18】对无盐阴/阳离子表面活性剂溶液囊泡,以3面印刷页全面评述该项目的8篇论文:“另一个有趣实例是无盐阴/阳离子表面活性剂分析,这些体系为进一步研究静电相互作用的效应具有重要意义。”
重要科学发现点2的第三方客观评价:代表性论文3-5。
提出离子液体表面活性剂概念,构建了离子液体微乳液结构表征新技术、溶致液晶及其导向还原制备金纳米盘的新方法,提出了离子液体聚集体多级氢键网络结构的形成机理,研究结果的大量图和表被多次摘录引用。国际同行认为:“点亮了离子液体介质中表面活性剂胶束、囊泡、液晶以及微乳液的研究。”
  重要客观评价:澳大利亚技术科学和工程院院士、皇家科学会会士、国际著名胶体和界面科学家、联邦教授C. J. Drummond博士综述论文【Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1709】,引用该项目2001年来的13篇论文,以4面印刷页给予高度评价 (Hao et al. highlighted that…...):“2007年郝等人发表的综述论文点亮了离子液体表面活性剂胶束,囊泡、液晶以及微乳液的研究。郑课题组报道了离子液体微乳液,建立了微乳液相图和结构可信的表征技术,郑等人还确定了IL在油中的结构和水为第二相的水在IL中的结构,这些结果对于IL表面活性剂微乳液研究起到了引领作用。”
  葡萄牙热力学家L. P. N. Rebelo教授在综述论文【Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 829】中对该项目的12篇离子液体微乳液论文,给予了极高评价:“李等人设计可信的测定方法,确定了离子液体溶剂中表面活性剂的CMC。高等人证明了离子液体中表面活性剂CMC测定方法的普适性。”
韩国国际量子分子科学院院士K. Kim教授和日本R. N. Tiwari 教授合作的综述论文【Prog. Mater. Sci. 2012, 57, 724】中对该项目的8篇论文的评价:“王等人建立了溶致液晶制备Au 纳米盘奇特方法,并进一步制备了可控形貌和尺度的纳米晶,为制备溶胶纳米材料提供了新的思路。”
重要科学发现点3的第三方客观评价:代表性论文6-8。
   代表作6的重要客观评价:德国无机化学家A. Müller 教授在【Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 12326】纪念1918年诺贝尔化学奖得主Haber的研究论文中,对该项目的3 篇论文给予高度评价:“郝等人水表面规则多孔薄膜的相转移制备方法具有普适性,属于开普勒簇合物特定结构构建界面组装材料的重要进展。”
  代表作7的重要客观评价:台湾学者T. Tseng在【Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 8343】研究论文中,对该项目纳米管组装的2篇文章,评价是 “self-assembled nanotubes with adsorption of (H2O)12 cluster”,以支持他们的研究结果。
  代表作8的重要客观评价:提出了表面活性剂水溶液修饰Pt电极表面,可控阴极旋转速度还原制备溶胶金属纳米粒子新方法,代表论文8被美英等国内外科学家他引301次,是水溶液电极界面电化学还原制备贵金属胶体粒子的重要方法。英国物理和理论化学家R. G. Compton教授【Anal. Bioanal. Chem. 2006, 384, 601】论文评价该结果:“由于水溶液金属胶体的凝聚或分解,通常Ag胶体粒子是在有机溶剂如丙酮中制备,尹等人的方法是水溶液制备Ag溶胶的两个典型实例。他们构建了简单方法,不需要在使用任何有机溶剂条件下,水溶液中制备高度稳定、高分散、高产量的Ag胶体。”印度海军材料研究所所长、国际著名电化学家G. Gunasekaran在【Electrochim. Acta 2004, 49, 4387】论文中,对表面活性剂修饰Cu电极的电化学研究结果的评价:“马等人在表面活性剂修饰Cu电极双电层电容器上,在很宽电位范围测定了系列阻抗谱,计算出表面活性剂修饰Cu电极在0.5 mol•dm-3 H2SO4溶液中的零点荷电位。”
  该项目研究结果引起国内外同行的高度正面引用外,也指导了实际应用。鼠李糖脂类表面活性剂生产示范 (1000吨/年),双子表面活性剂作为剪切增稠添加剂在提高石油采收率获得了良好社会经济效益等;主要完成人作为主席组织国际表面活性剂科学大会 3 次,受邀胶体与界面科学会议作大会报告 14 次、关键及邀请报告 18 次;增选为欧洲科学院 Member、国际胶体与界面科学联合会 Member,担任Langmuir的Senior Editor、Adv. Colloid Interface Sci.、JCIS 和 Colloids Surf. A等国际和《物理化学学报》等国内期刊编委;近年来获 CCS-AkzoNobel 化学奖、高等学校科学研究优秀成果 (自然科学) 一等奖、CCS-BASF 青年化学知识创新奖、亚洲胶体与界面科学联合会特别贡献奖和日本材料科学技术协会奖等奖励【见其他附件材料】


代表性论文专著目录
序号        论文专著名称/刊名/作者        年卷页码        发表时间        通讯作者        第一作者        国内作者        SCI他引次数        他引总次数        论文署名单位是否包含国外单位
1        An Onion Phase in Salt-Free Zero-Charged Catanionic Surfactant Solutions/ Angew. Chem./ Aixin Song, Shuli Dong, Xiangfeng Jia, Jingcheng Hao, Weimin Liu and Tianbo Liu        2005, 117, 4086-4089        2005        Jingcheng Hao, Weimin Liu                Aixin Song        Aixin Song, Shuli Dong, Xiangfeng Jia, Jingcheng Hao, Weimin Liu and Tianbo Liu        79        90        否
2        Soft Vesicles in the Synthesis of Hard Materials/ Acc. Chem. Res./Renhao Dong, Weimin Liu, and Jingcheng Hao        2012, 45(4) 504-513        2012        Jingcheng Hao        Renhao Dong        Renhao Dong, Weimin Liu, and Jingcheng Hao        69        79        否
3        Surface Adsorption and Micelle Formation of Surface Active Ionic Liquids in Aqueous Solution/ Langmuir/Bin Dong, Na Li, Liqiang Zheng, Li Yu and Tohru Inoue        2007, 23(8)4178-4182        2007        Liqiang Zheng        Bin Dong        Bin Dong, Na Li, Liqiang Zheng, Li Yu        304        348        是
4        Synthesis of Gold Nano- and Microplates in Hexagonal Liquid Crystals/ J. Phys. Chem. B/Luyan Wang, Xiao Chen, Jie Zhan, Yongcun Chai, Chunjie Yang, Limei Xu, Wenchang Zhuang and Bo Jing        2005, 109 (8), 3189–3194        2005        Xiao Chen        Luyan Wang        Luyan Wang, Xiao Chen, Jie Zhan, Yongcun Chai, Chunjie Yang, Limei Xu, Wenchang Zhuang and Bo Jing        161        182        否
5        Lyotropic liquid crystalline phases formed in an ionic liquid/ Chem. Commun./Luyan Wang, Xiao Chen, Yongcun Chai, Jingcheng Hao, Zhenming Sui, Wenchang Zhuang and Zhenwen Sun        2004, 2840-2841        2004        Xiao Chen        Luyan Wang        Luyan Wang, Xiao Chen, Yongcun Chai, Jingcheng Hao, Zhenming Sui, Wenchang Zhuang and Zhenwen Sun        90        114        否
6        Self-Patterning of Hydrophobic Materials into Highly Ordered Honeycomb Nanostructures at the Air/Water Interface/ Angew. Chem. Ed./ Dawei Fan, Xiangfeng Jia, Peiqin Tang, Jingcheng Hao, Tianbo Liu        2007,46,3342-3345        2007        Jingcheng Hao, Tianbo Liu        Dawei Fan        Dawei Fan, Xiangfeng Jia, Peiqin Tang, Jingcheng Hao, Tianbo Liu        73        79        否
7        A Metal−Organic Nanotube Exhibiting Reversible Adsorption of (H2O)12 Cluster/ J. Am. Chem. Soc./Fangna Dai, Haiyan He and Daofeng Sun        2008, 130 (43),14064–14065        2008        Daofeng Sun        Fangna Dai        Fangna Dai, Haiyan He and Daofeng Sun        164        180        否
8        Electrochemical Synthesis of Silver Nanoparticles under Protection of Poly(N-vinylpyrrolidone)/ J. Phys. Chem. B/Bingsheng Yin, Houyi Ma, Shuyun Wang, and Shenhao Chen        2003, 107 (34),8898–8904        2003        Houyi Ma        Bingsheng Yin        Bingsheng Yin, Houyi Ma, Shuyun Wang, and Shenhao Chen        484        502        否
合计                1424        1574       


主要完成人情况        1、姓名:郝京诚            排名:1   
行政职务:重点室主任   技术职称:教授
工作单位:山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室
完成单位:山东大学
对本项目贡献:项目负责人对三个发现点均有贡献,其中对发现点1有重要贡献,是代表性论文1、2和6的通讯作者,以及主要论文5的作者。
发现了密堆积囊泡聚集体结构,阐明了其形成机理;建立了表面活性剂水溶液批量纯化富勒烯C60的新方法;揭示了剪切力诱导层状囊泡相形成规律,提出了囊泡非自发形成的新观点;建立了表面活性剂水表面构建规则多孔薄膜制备的方法。
2、姓名:郑利强                排名:2
行政职务:重点室副主任          技术职称:教授
工作单位:山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室
完成单位:山东大学
对本项目贡献:该项目主要参加者,对发现点2做出了重要贡献,并对发现点1有部分贡献,是代表性论文3的通讯作者。
提出了离子液体表面活性剂概念,首次确认了不同结构的离子液体微乳液,提出了静电作用力驱动离子液体微乳液形成的新观点,实现了可控制备离子液体微乳液;参与设计了阴/阳离子表面活性剂囊泡构建的部分工作。
3、姓名:孙道峰                 排名:3
行政职务:无                技术职称:教授
工作单位:山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室
完成单位:山东大学
对本项目贡献:该项目主要参加者,对发现点3做出了重要贡献,是代表性论文7的通讯作者。
首次利用高稳定性的金属-有几组装纳米管捕获了十二元水簇,十二元水簇可可逆吸附于纳米管中,通过单晶衍射,精确测定了水簇的氢键结构及空间排布,为理解水的行为提供了理论依据。
4、姓名:陈晓               排名:4
行政职务:无                技术职称:教授
工作单位:山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室
完成单位:山东大学
对本项目贡献:该项目主要参加者,对发现点2做出了重要贡献,并对发现点3有部分贡献,是代表性论文4和5的通讯作者。
构建了非水介质中非离子表面活性剂各向异性溶致液晶相,建立了溶致液晶引导表面活性剂定向吸附控制晶面生长,制备二维金纳米盘新颖机构材料的新方法。
5、姓名:马厚义                排名:5
行政职务:无                技术职称:教授
工作单位:山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室
完成单位:山东大学
对本项目贡献:该项目参加者,对发现点3做出了重要贡献,是代表性论文8的通讯作者。
建立了表面活性剂水溶液修饰电极的新方法,电极/表面活性剂水溶液界面调控阴极转速,原位还原制备高稳定、高产量金属溶胶粒子的电化学新方法。
完成人合作关系说明        1.        项目五位完成人都是山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室全职教授,长期在表面活性剂物理化学研究方向团队开展研究工作。
2.        项目五位完成任务已在表面活性剂科学研究领域共同署名发表了系列研究论文和专著,代表性项目完成人合作论文:
2.1)        L. Wang, X. Chen, Y. Chai, J. Hao, Z.Sui, W. Zhuang, Z. Sun, Lyotropic liquid crystalline phases formed in an ionic liquid, Chem. Commun. 2004, 2640-2841,代表性论文5(陈晓和郝京诚合作完成)。
2.2)        J. Hao, W. Liu, G. Xu, Z. Zheng, Vesicle from salt-free cationic and anionic surfactant solutions, Langmuir 2003, 19, 10635-10640(郝京诚和郑利强合作完成)。
3.        项目五位完成人共同承担国家、部委项目10余项,代表性共同承担项目:
3.1)国家自然科学基金重点项目(项目负责人:郝京诚,主要参加者:陈晓和马厚义,项目名称:多空薄膜和溶液聚集体结构自组装、理论模拟与性能基础研究,项目批准号:21033005);
3.2)国家重点基础研究发展计划(973计划)课题(课题负责人:郝京诚,主要参加者:郑利强、孙道峰、马厚义,项目名称:规则纳米多孔薄膜及其生物功能,项目批准号:2009CB930103);
3.3)长江学者和创新团队发展计划项目(创新团队负责人:郝京诚,创新团队主要成员:郑利强、孙道峰、陈晓和马厚义,项目名称:分子聚集体化学,项目批准号:IRT738)。
4. 项目五位完成人中的郝京诚、郑利强、陈晓作为主要完成人获得2012年度教育部自然科学一等奖,表面活性剂溶液聚集体与界面组装提的构筑、结构和性能研究,证书号:2012-019。


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